Synthèse chromatique d’impulsion lasers ultrabrèves à partir d’un amplificateur

« Il s’agit d’un brevet de principe » explique Alain Barthelemy, directeur de recherche à l’Institut de recherche XLIM (UMR CNRS 7252) à Limoges. Certes, cette réalisation d’une impulsion ultrabrève par synthèse chromatique n’offre pas de performance supérieure aux autres techniques existantes de génération d’impulsion ultrabrève, mais en réussissant à synthétiser une impulsion de 200 femtosecondes, les scientifiques du laboratoire Xlim (CNRS/Universités de Limoges et de Poitiers) et du laboratoire PhLAM (CNRS/Université de Lille 1) ont prouvé tout le potentiel de leur technique.

Pour s’affranchir des difficultés rencontrées avec les impulsions lumineuses courtes, notamment l’existence de parasites et d’effets non linéaires qui viennent déformer l’impulsion après son amplification, les chercheurs s’appuient sur la méthode connue d’étirement de l’impulsion suivi de sa recompression. En amplifiant l’onde lumineuse dans une seule fibre, elle se retrouve étirée ce qui diminue de facto sa puissance crête. Il ne reste plus qu’à recomprimer l’impulsion après amplification.

Mais l’équipe française va encore plus loin en divisant l’impulsion non pas en puissance, mais dans ses composantes chromatiques. Ce découpage présente deux avantages. Tout d’abord la division du spectre permet d’abaisser l’énergie, puis elle a pour conséquence d’allonger l’impulsion. Cela permet de gagner sur deux tableaux : diviser l’énergie et diviser la puissance crête.

Ces signaux allongés de moindre énergie sont amplifiés dans des canaux différents, puis sont à nouveau superposés en un unique faisceau grâce au même procédé qu’en entrée. Les composantes chromatiques sont sommées de façon à être superposées à la fois dans l’espace et dans le temps. Ceci suppose de contrôler parfaitement la phase à une fraction de femtoseconde près. « En ajustant la synchronicité, nous pouvons faire de la synthèse d’impulsion. Nous sommes même capable de profiler le signal en lui imposant une forme voulue » se félicite Alain Barthelemy.

L’expérience conduite au laboratoire PhLAM/IRCICA utilise un seul amplificateur à douze voies à fibre multicoeur dopée Ytterbium. L’objectif final est la réalisation d’impulsions très courtes, très puissantes et à très haute cadence (multikHz).

Par Audrey Loubens, journaliste scientifique